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【摘 要】针对SMC插箱在现场出现的由于风量不足引起的散热差、不能通过宽频噪声测试、温度过高告警等问题，采用调整风扇盘布局结构的方法，通过热测试，得出实验数据，并结合热仿真分析结果确定最佳解决方案，为今后的产品机械结构设计工作提供了宝贵的经验。
【关键字】SMC插箱 热测试 散热 风扇盘
【中图分类号】TP334.7 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0198-02
1引言
随着技术的突破和业务的创新，中国通信技术层次和水平跃居世界前列，信息通信业已成为国民经济增长的支柱和先导产业。面对激烈的竞争市场，各大通信运营商对通信设备提出了更高的要求。对此，通信设备企业必须不断对产品优化设计，增进产品性能，提高产品竞争力。现有通信设备功能和复杂性日益增长，使得设备内部整体功耗及热量不断增加，散热差导致设备死机现象频繁发生，影响整个系统的正常运行。
高温对大多数元器件将产生严重影响，它导致元器件性能改变甚至失效，从而引起整个电子设备的故障。国外研究电子产品的过热问题始于60年代，发展了电子设备的热分析技术、热设计技术以及热测试技术。热设计首先根据设备的可靠性指标及设备所处的环境条件确定热设计目标，热设计目标一般为设备内部元器件允许的最高温度，根据热设计的目标及设备的结构、体积、重量等要求进行热设计，主要包括冷却方法的选择、元器件的安装与布局、印刷电路板散热结构的设计和机箱散热结构的设计。电路板上元器件的优化布局是目前研究较多的一种热设计方法，它是降低电子设备温度最经济的方法。美国奥克兰大学B.Cahlon等人采用组合优化理论一模拟退火算法，搜寻电路板元件的最优布局，使得系统温度的目标函数最优。
热仿真最常用的热设计软件是FLOTHERM，它提供“设计级分析”，不追求學术方面的高深，只着眼于电子散热行业的实际工程应用问题，选择最恰当的方法，用快捷简便的方法加以解决。FLOTHERM软件提供了操作简易但功能强大的热流仿真功能，使得工程师在短期内能快捷方便地得到仿真结果，并将大量的时间投入到设计优化和产品改进上去。
2 产品背景介绍
2.1 SMC插箱
SMC是一类紧凑型光多业务节点，专为城域接入和城域汇聚的应用而设计，公司多业务节点产品系列之一。它通过紧凑的设计提供了最强大的SDH功能和容量；通过集成的多业务卡提供了最丰富的数据业务接口；通过最先进的二层交换功能提供了最灵活的业务支持能力。此款插箱可以插满20块控制电路板，承担主要业务功能的是两块SYNTH16电路板，它管理在会聚板和支路板传输业务中的交叉连接功能，同时也管理整个SMC系统。由于功耗比较大，散热问题较为突出。
2.2 SMC插箱风扇盘摸底试验
摸底试验是为了验证风扇盘在6个风扇同时工作和前面2个风扇失效的情况下，对SYNTH16业务板温度的影响。如果影响很小，就可以减少2个风扇，减小了噪声同时也降低了成本。摸底试验是将电子设备置于模拟的热环境中，将温度探头置于功耗高的关注点，测量其温度或温度分布。SMC插箱及风扇盘如图所示，共有6个风扇，分两列排列，我们需要测试前面两个风扇失效与否对板卡温度的影响，在实际运行工作中，SMC 插箱经常出现以下故障：
①风量不足
②不能通过宽频噪声测试
③温度过高告警
④不能从CT上读写RI信息图2 摸底实验槽位风速图
2.4 实验结果分析
针对SYNTH16板，根据生产部门检测通过的标准是：在高温50℃的情况下，连续工作24h无误码产生；实际测试的情况是：右边槽位的SYNTH16在40℃的情况下，10分钟之内产生误码；38℃的情况下，16小时之内产生误码；35℃的情况下，1小时之内没有产生误码；可以确定SYNTH16的确存在比较明显的散热问题，需要设法降低问题元器件至少15℃才能达到出厂要求，如果考虑长期工作可靠性的10℃降额，需要降低25℃。
3 SMC插箱新风扇盘设计
通过分析板卡在插箱中的布局，提出了以下四种风扇布局的方案，并需要通过热仿真和热测试相结合来检验哪一种方案更合理，有效地改善散热问题。两款实验风扇参数规格分别为120mm*120mm*25，4mm和80mm*80mm*25，4mm。
3.1 方案设计
根据摸底实验结果，设计出4种风扇布局方案表3 风扇布局结构说明
3.2 方案分析
对四种风扇布局结构进行实验，针对主业务板SYNTH16槽位的风量，方案一比原布局有明显提高，方案二中SYNTH16槽位正对着12cm和8cm 风扇的边缘，同时配合导流板效果更佳。方案三比方案一有所提高，但是由于SMC插箱通风区域大小的限制和风扇框的横梁的阻挡作用，这种提高的效果不是很明显。方案四比方案三有所提高，因为SYNTH16槽位正对着12cm和8cm风扇的边缘，同时配合导流板效果更佳。
3.3 结论
SMC插箱风扇盘的设计直接由SYNTH16板本身的散热能力决定，SYNTH16板散热能力一般，可能需要增大风扇的厚度和数量，这既不经济，并且可能产生噪声方面的问题。但考虑到产品的通用性，此风扇盘有可能以后用到其他业务功能的插箱里，增加风扇的数量应该作为首选。而导流板是一种经济方便的风量调整方法，但由于结构空间的局限，暂不考虑。
4 SMC风扇盘热仿真和热测试
4.1 SMC插箱风扇盘热仿真
先通过热仿真软件FLOTHERM对四种风扇盘方案的布局进行仿真计算，模拟出不同布局情况下主控板的温度场分布，并测出四种方案各槽位的风速。通过实验测得第四种方案的各槽位风速最大，尤其两块主业务板风速明显高于其他三种方案。
为进一步确定最优的风扇布局方案，针对方案一，二，三，四进行热测试，将多点式温度仪探头置于功耗大的器件处，将SMC插箱置于室温条件下进行测试，根据通信设备可靠性标准，风扇盘正常工作16个小时之后开始记录数据。
4.3 结果分析
方案三比方案一最多只降低1.7度，成本增加80RMB左右，因此方案三不考虑；方案四比方案二最多降低2.8度。方案二比方案一使SYNTH16的温度更低些（1度左右），但是其他板子温度略高（1度左右），所以兩种方案效果上没有明显的区别。通过以上对四种风扇布局的理论和实验的分析，同时考虑对风扇盘的加工工艺要求，降低成本的预期，总结出第四种为比较合理的风扇布局方案。
5 结束语
本文通过热仿真和热测试相结合的手段，针对设备因散热差，温度过高引起的死机故障，提出了改善风扇盘布局结构的方案，有效的解决了SMC插箱系统的散热问题。由于风扇盘是通信产品通用规格，所以可以应用到相近插箱系统。大量的实验数据全面而详细的分析了故障发生的原因。发现设计中的问题并予以修改。通过一系列方案的调整、筛选，同时配合优化结构设计，才能使产品的可靠性提高，满足用户的需求，并降低成本，为今后的产品各级别散热设计提供了很好的参考。
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